UFMM009 Úvod do moderní fyziky

Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
léto 2017
Rozsah
4/0/0. 6 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
doc. Ing. Petr Habrman, CSc. (přednášející)
Garance
doc. Ing. Petr Habrman, CSc.
Centrum interdisciplinárních studií – Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
Předpoklady
UFMM001 Mechanika a molekulová fyzika && UFMM004 Základy elektřiny a magnetismu
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Předmět zavede studenty ke studiu nitra hmoty. Budou formulovány fyzikální zákony platné pro mikrosvět a jejich důsledky nezbytné pro pochopení principů moderních technologií. Součástí přednášek jsou experimentální demonstrace diagnostických, analytických a zobrazovacích postupů a metod.
Osnova
  • Od atomů k nanotechnologiím. Můžeme atomy pozorovat? Přehled principů a dosažených výsledků moderních zobrazovacích metod. Lze s jednotlivými atomy cíleně manipulovat? Jak dokážeme rozlišit atomy, určit jejich hmotnost a další jejich vlastnosti.
    Černé těleso, teplotní vyzařování a kvantování energie. Stefanův a Boltzmannův zákon. Wienovy zákony. Planckův vyzařovací zákon a představa kvantování energie. Vyzařování černého tělesa v praxi.
    Dualismus. Energie jako vlnění a jako částice. Fotoefekt, Comptonův jev. De Broglieova hypotéza a její experimentální potvrzení. Heisenbergovy relace neurčitosti.
    Atomy a jádra. Rutherfordův experiment a planetární model atomu. Spektrální série atomu vodíku a jejich sjednocení. Bohrův model atomu vodíku a postuláty. Elektronové energetické hladiny a jejich experimentální důkaz.
    Úvod do kvantové mechaniky. Vlnová funkce v kvantové mechanice. Základní matematický aparát kvantové mechaniky. Časová a bezčasová Schrödingerova rovnice. Částice v potenciálové jámě. Kvantování energie. Potenciálová bariéra a tunelový jev. Momenty hybnosti, magnetické momenty a kvantová čísla. Harmonický oscilátor. Řešení Schrödingerovy rovnice pro atom vodíku.
    Atomy s mnoha elektrony. Pauliho vylučovací princip. Slupkový model atomu. Periodicita kvantových stavů elektronů v atomech.
    Rentgenové záření a jeho aplikace. Buzení rentgenového záření. Brzdné a charakteristické záření. Moseleyův zákon. Augerův jev. Zeslabení rentgenového záření při prozařování. Aplikace rentgenového záření, počítačová tomografie.
    Lasery a jejich aplikace. Zářivé přechody v elektronovém obalu. Stimulovaná absorpce. Spontánní a stimulovaná emise. Inverzní populace a realizace kvantového generátoru. Vlastnosti laserů a jejich aplikace.
    Atomová jádra a jejich základní vlastnosti. Vazbová energie a jaderná síla. Kapkový a slupkový model jader. Jaderná magnetická rezonance a její aplikace.
    Jaderné reakce, druhy a mechanismy průběhu. Účinný průřez jaderné reakce.
    Radioaktivita, štěpení jader a termojaderná fúze. Rozpadový zákon, aktivita. Rozpady: alfa, beta a gama. Radioaktivní datování. Štěpná jaderná reakce, uvolněná energie, mechanismus štěpení, jaderný reaktor. Termojaderná fúze ve hvězdách a řízená fúze, Lawsonovo kritérium, perspektivy.
    Interakce ionizujícího záření s látkou, jeho měření a aplikace. Průchod těžkých a lehkých nabitých částic látkou. Ionizace a excitace, emise brzdného záření, Braggova křivka, dosah. Mechanismy zeslabení záření gama při průchodu látkou. Principy a cíle detekce ionizujícího záření. Detektory a rozlišení částic: prostorové, časové, energetické. Přehled trasovacích, analytických a zobrazovacích metod. Principy radiační ochrany.
Literatura
    povinná literatura
  • HALLIDAY D., RESNICK R., WALKER J. Fyzika. Část 4 a 5. VUTIUM Brno, 2000. ISBN 80-214-1868-0. info
    doporučená literatura
  • LILLEY J. S. Nuclear Physics. Principles and Applications. John Wiley Chichester, 2005. ISBN 0-471-97936-8. info
  • ÚLEHLA I., SUK M., TRKA Z. Atomy, jádra, částice. Academia Praha, 1990. ISBN 80-200-0135-2. info
Výukové metody
Přednáška s aktivizací
Přednáška s diskusí
Demonstrace
Metody hodnocení
Kombinovaná zkouška
Informace učitele
Zkouška je písemná a ústní.
S hodnotícími kritérii jsou studenti detailně seznámeni při zahájení výuky při přednášce a to včetně souboru zkušebních otázek.
Další komentáře
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je zařazen také v obdobích léto 2014, léto 2015, léto 2016, léto 2018, léto 2019, léto 2020, léto 2021, léto 2022, léto 2023.